ATM網絡的流量控制和網絡管理問題.pdf

1、計算機和通信技術的快速發(fā)展，以及信息高速公路Internet的興起，人們普遍認識到信息及資源共享的重要意義。因此，基于Internet/Intranet技術的應用系統(tǒng)被廣泛采用。而在Internet/Intranet上傳輸的信息可能是數據、話音、圖像或視頻等。對這些多功能的需求，現(xiàn)今的任何網都無法完成，因為這些網都是面對特定業(yè)務類型設計的。 ATM網絡綜合了電路交換和分組交換的優(yōu)點，既有電路交換的可靠性和低延時性，又有分組交換的

2、高效性。因此，ATM網絡能較好地適應多媒體業(yè)務的需要，是對傳統(tǒng)網絡的一種根本性的改變。但是，ATM網絡也面臨著一些亟待解決的問題，尤其是網絡中的時延問題，目前，有許多應用控制理論方法解決網絡中的延遲問題的例子，且都取得了較好的控制效果。于是，本文利用控制理論中的方法，進行ATM網絡的流量控制等相關問題的研究。 首先，在基于極點配置方法的ATM網絡控制中，討論了將極點配置在不同的位置以實現(xiàn)動態(tài)跟蹤網絡狀態(tài)的問題。將一般的傳遞函數轉

3、換為狀態(tài)空間方程的形式，利用現(xiàn)代控制理論中的極點配置方法，得到了網絡系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定的反饋控制律，從而拓展了解決網絡問題的新思路。所應用的極點配置方法不僅能根據網絡狀態(tài)的變化動態(tài)地調整信源的發(fā)送速率，使信源快速響應網絡狀態(tài)的變化，解決時延對網絡控制帶來的不利影響，而且使鏈路帶寬和網絡資源得到了充分的利用。仿真結果驗證了所采用的極點配置算法能使網絡具有良好的動態(tài)性能。 其次，應用有限拍方法討論了ATM網絡的ABR通信中基于速率反饋的流

4、量控制問題。改進了原有模型，引入新的對象傳函，使之更接近實際應用。提出了結構簡單的緩沖器隊列長度的控制方法。此方法使系統(tǒng)的響應在有限拍的時間內嚴格地到達穩(wěn)態(tài)，信源發(fā)送速率能夠快速響應網絡狀態(tài)的變化，較好地克服了時延對流量控制快速性和穩(wěn)定性的影響，從而有效地避免擁塞發(fā)生，同時降低信元丟失率。仿真結果驗證了此算法的有效性。 再次，應用最小方差控制算法對具有噪聲干擾ATM網絡進行流量控制。動態(tài)采樣網絡狀態(tài)，減小網絡負擔和隨機噪聲對流量

5、控制的不利影響，獲得較高的緩沖器利用率，而且此算法能夠預測網絡帶寬，使信源快速地、動態(tài)地響應網絡狀態(tài)的變化，從而克服了時延對流量控制產生的破壞性作用。仿真結果驗證了最小方差控制算法能使網絡具有較小的偏差和良好的動態(tài)性能。接著，采用工程實際中使用的伯德圖算法對ATM網絡進行流量控制研究，此算法求出了網絡提供的帶寬與緩沖器隊列長度閾值之間的關系，以及此閾值與系統(tǒng)源端輸入速率之間的關系。從而，不僅為緩沖器閾值的設定提供了理論依據，而且為系統(tǒng)源

6、端的輸入速率給出了理論參考范圍，仿真結果驗證了伯德圖算法能使網絡具有良好的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能。 然后，在控制器的設計中考慮了變時延的影響，針對網絡中的時延現(xiàn)象進行補償，使得設計之后的網絡傳遞函數中不含有延遲環(huán)節(jié)，從而源端能夠快速的響應網絡狀態(tài)的變化，確保了信息的高速傳遞。同時，所設計的控制器實現(xiàn)了各個源端公平分配網絡的鏈路帶寬，保證了信源發(fā)送速率的有界性。 另外，ATM網絡在管理技術方面還存在著有待解決的問題。本文從管理

7、者的角度出發(fā),討論了如何使網絡和用戶的整體利益得以保障的問題。將對策論中的Nash平衡和Stackelberg策略概念引入多用戶網絡模型中，以引導各用戶采取有利于整體利益的行為，從而有效地實施了網絡控制。此部分工作包括兩個內容： 其一，針對多優(yōu)先級的網絡通信量的價控模型，討論了在確保最大盈余的情況下，各用戶的流量使用比率協(xié)調問題?；趯Σ哒摲椒ǎ謩e提出了線性和非線性激勵策略，改進了對已有價控問題的研究。在價控策略中引入激勵項，

8、使得網絡管理者可以更有效地引導各用戶采取有利于整個網絡運行的行為。數值例子說明了此方法的適用性。 其二，在基于盈余函數分析的信道選擇方案中，討論了如何合理使用信道以獲得最大利益的問題。ATM網絡中的信道管理問題與流量管理問題有相似之處。利用對策論協(xié)調多用戶系統(tǒng)的矛盾，分別提出了線性和非線性激勵策略以引導用戶以一定的原則來選擇信道。該方案不僅可以提高信道的利用率、降低呼阻率，而且可以保證用戶得到較滿意的盈余值。從仿真圖形中可以看出